M mz 风 qSl Jz Jz

过载主要取决于 突风的风速 ——如何选择突 风风速？
n y ( x)
C y 风 qS G0
m qSl z 风 ( x xT ) J z g0
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况
空中飞行时的载荷情况——控制飞行的情况
塑性或延性
脆性
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
三、什么是“安全系数” 安全系数——用于防止载荷大于预定正常飞行条件下的可能 性和设计中的不精确性。 安全系数定义为设计载荷与使用载荷之比。
安全系数实际上是为了补偿设计中的不确定性因素。
f f1 f 2 f3 f 4
fi
结构在使用载荷下不发生永久变形。早期安全系数为材料的强度极限与比例极限之比。 1934年，当时飞机设计中普遍采用的材料其强度极限与比例极限之比为1.5，就此确 定。至今仍在广泛使用（1.5~2.0）。 其他补偿因素包括：制造工艺缺陷、地面操作安全性、材料分散性等等
飞行器结构设计
CHAO XU College of Astronautics Northwestern Polytechnical University
第二章 飞行器的载荷分析
作用在飞行器上的载荷 过载系数 导弹、火箭的载荷分析
载荷分析
航天器的载荷分析
飞行器载荷的综合设计 设计载荷和安全系数
强度理论
2.2 过载系数
一、过载系数的三种定义
定义三：用质心加速度表达的形式
F G ma
i
F = ma G
i
三种定义的关系 过载系数是相对值，决 定了飞行器的总体方案 和对结构强度的要求。
ag n g0
要点：
1. 已知弹道参数，可用上式求出质心处的过载； 2. 上式多用在机动飞行速度较高的飞行器场合。
三、 “破坏载荷法”——设计方法 设计载荷法或破坏（极限）载荷法——核心思想：飞行器的强 度按设计载荷计算，在设计载荷作用下结构不能破坏。 目的：保证结构在任何情况下可靠承载，具有足够的强度。
Pu Pdes [ ]b d ,max
对比——许用应力法： 在使用载荷下飞行器及其部件不允许产生妨碍正 常工作的永久变形，即
代号：RIM-7
弹长：3.66米
弹径：0.204米 翼展：1米
作战高度：0.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ~3千米
作战半径：1~23千米 结构特点：
2.2 过载系数
四、典型飞行情况的过载计算
G v2 G cos 2 g r 1 v 0 n y cos mg 0 g0 r G dv G sin g0 r 1 dv n sin x mg 0 g 0 dt
2.3 导弹、火箭的载荷分析
三、设计情况的选择
什么是“设计情况”？
——最严重的载荷情况作为结构强度计算的依据，即为“设计情况”。
以空中飞行的设计情况选择为例——选择典型弹道
1 2 ny cos g0 R
nya nyb ; nyd nnc
2008年2月20日， 击毁距地面247km 的实效卫星 钛头罩
RA RB G cos RAl1 Gl2 cos R f F A A
l2 R A l G cos 1 l1 l 2 R G cos B l1 l2 FA f cos l1

ax ? ay ？
考虑温度
2.3 导弹、火箭的载荷分析
四、弹体内力的计算
（1）基本假设
——静力假设
7 8 16 15
（3）原始数据
——刚体假设 （2）处理方法
4 5
6
14
13
12
——静力平衡 ——使用过载系数 ——点站模型 ——载荷分布
20%
1 2
3
11
10
9
分离面、加强框、支承点、连接点和集中质量承力点——站点
65%
(3) 机动平衡情况
n y Cy qS / G0
(4) 退出机动情况

max K
nyT [C qS C y 0 max y m qS ]/ G0
M m z ( K 1) qSl
超调量很重要
n y ( x)
C y 0 max qS C y m qS
z
g0
nz1i nz10 x1i
y
g0
三、计算实例
2.2 过载系数
例 图为某导弹在推力P作用下，沿导轨滑行的发射状态。已知推力P=450800N，导弹 重量为G=20000N，前支脚A为滑块，考虑滑动摩擦系数，后支脚B为滚轮，忽略滚动摩 擦力。发射角为 ，试分别用以上三种定义形式求过载系数。
3. 过载可投影在不同的坐标系下，并可在不同坐标系间转换。
2.2 过载系数
一、过载系数的三种定义
定义二：用质量力表达的形式
F F
i
m
0
m
F n
m
mg0
m
F G0
F
要点：
= -nG0
1. 已知过载，可用上式求出质量力； 2. 上式多用在估算载荷、求设备对弹体的作用力的场合。
N尾 0
M尾 0
五、导弹、火箭的动载荷
自学2.4节。
2.5 飞行器载荷综合设计
一、什么是“载荷综合设计”
原因：飞行器在各种工作环境中某一时刻可能同时会受到静力、动 力和热载荷源的联合作用。各种载荷之间有时有抑制作用，有时某 种载荷对其他载荷又会有激励作用。
载荷综合
内力综合
二、静力载荷综合设计
是飞行器在实际正常工作中所受到的最大载荷。
二、什么是“设计载荷”——强度储备
设计飞行器时，要求结构实际能承受的极限载荷要比真实最大载荷还要 大一定倍数，才能保证结构安全，即为设计载荷。
设计载荷——使用载荷与安全系数的乘积。（Design Load）
P des P lim f
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
计算弹体的内力，绘出内 力图
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况 地面操作期间的载荷情况
停放、运输、起吊
发射状态的载荷情况
起竖、空中发射、水下发射、箱式、膛式发射
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况
空中飞行时的载荷情况——无控和程序飞行情况
该情况下，主要考虑的载荷有：发动机推力、惯性力、气动力 和外界环境的扰动 （1）轴向载荷
(1) 控制力突加情况 舵机 偏喷管
Y G0 M ( x xT ) J z g0
m
Y C y m qS M C y m qS( x p xT )
n yT 1
n yx n yT
(2) 进入机动情况
max K
nyT [C qS C y 0 max y mqS ]/ G0
v2 an r
at
dv dt
2.2 过载系数
四、典型飞行情况的过载计算
垂直突风
tan u / v0
水平突风
1 2 Y C y S v0 u 2
2.3 导弹、火箭的载荷分析
一、载荷分析的基本内容
分析飞行器可能的载荷 情况
确定飞行器的设计情况
计算设计情况下的载荷
G0
m ( K 1)qSl z ( x xT ) J z g0
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况 空中飞行时的载荷情况——分离的载荷情况
空中飞行时的载荷情况——高速再入的情况
空中飞行时的载荷情况——自旋的载荷情况
要特别注意，不同的部位，其最 大载荷可能是由不同的载荷情况 决定的。
2.2 过载系数
二、考虑绕质心旋转运动的过载
nx1i x1i
绕质心角 加速度 绕质心角 速度
1 2 z2 y g0
ny1i x1i
z
g0
附加过载
nz1i x1i
nx1i nx1o x1i
ny1i ny10 x1i
附加过载
y
g0
z2
g0
总过载
小型机动型 过载特点 大型弹道型
三、动力载荷综合设计
叠 加 抑 制
四、静动载荷综合设计
卫星、弹头载荷的综合设计
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
一、什么是“使用载荷” 使用载荷——正常使用状态下，在飞行器或其部件上可能承 受的最大载荷，又称限制载荷（Limit Load）。
注：由设计情况导出的最严重情况下的使用载荷。
M m z ( K 1) qSl
超调量很重要
n y ( x)
C y 0 max qS C y m qS
G0
m ( K 1)qSl z ( x xT ) J z g0
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况
空中飞行时的载荷情况——控制飞行的情况
nx max
（2）横向载荷——考虑扰动
Pi X Gi空
附加
2 ( ) i i 1
n
突风、推力偏心、工艺偏差等
2.3 导弹、火箭的载荷分析
二、导弹、火箭的设计情况
空中飞行时的载荷情况——无控和程序飞行情况
n y c y 风 qS / G0
M m z 风qSl
0
Z
qi qi 1 Q Z 2
Qi (Q)i
i 1
j
Q Qi 1 M i Z 2
M j (M )i